Design and prototyping of a mechatronic system as a drag reduction device for busses

Abstract

Bu tez çalı masının amacı otobüsler için rüzgar tepki kuvvetini azaltacakmekatronik bir burun tasarımıdır. Tasarlanacak olan burun kendin kendine çalı abilmefonksiyonuna sahip akıllı bir sistem olacaktır. Mekatronik burun otobüsün on tarafınamonte edilecektir ve bu alanda olu an tepki kuvvetini azaltmaya yönelik çalı acaktır.Sistemin iki konumu olacaktır, bunlar açık ve kapalı konumlarıdır. E er otobüseetkiyen direnç kuvveti az ise o zaman sistemin açık olmasına gerek yoktur ve kapalıduracaktır. Kapalı halde iken sistem en az hacmi kaplayacak ekilde ve otobüsünsürü ünde bir engel te kil etmeyecek ekilde bir hal alacaktır. Ancak otobüse etkiyendirenç kuvveti arttı ı zaman, mekatronik burun açılacak ve otobüsün ön tarafında bellibir ekli olu turacaktır. Burun sahip oldu u ekil itibariyle otobüse çarpan havaakımının yönünü de i tirecektir ve böylelikle havanın kar ı koyma kuvvetiniazaltacaktır.Mekatronik burnun tasarımı bir parametrik katı modelleme programı olanSolidWorks kullanılarak yapılacaktır. Her bir parçanın tasarımı ve bütün olarakmekanizmanın çalı ması bu sayede belirlenecektir. Sistemin simülasyonu ise birakı kanlar mekani i simülasyon programı olan Cosmos FloWorks kullanılarakyapılacaktır. Bu ekilde otobüse etkiyen direnç kuvvetini en etkili ekilde azaltan burunekli belirlenecektir.Bu tez projesi çerçevesinde ufak çaplı bir dü ük hızlı rüzgar tüneli imaledilecektir. Bilgisayarda yapılan analizlerin yanı sıra bu tünel kullanılarak 1:50oranında küçültülmü bir otobüs modeli üzerinde mekatronik burnun testi yapılacaktır.

In this thesis study it is intended to design a mechatronic device which will act asa drag reducer for busses. The drag reduction device will be a self operating system,which will be attached onto the front side of the bus. Since the device will operate at thefront of the vehicle, it will reduce the front drag force. The mechatronic drag reductiondevice will have two states; these are the open and close states. Therefore, the device willoperate only when it is necessary to operate. That is, normally when the drag forceexperienced by the vehicle is not at important levels, then the device will stay closed. Inthe closed position the device will occupy the least space so that it does not cause anydifficulties for the driver. However, when the drag force increases, then the device opensand builds itself on the front of the vehicle. The basic idea behind this device is toproduce an extra volume of mass at the front of the bus, which will change the incomingairflow, so that the least resistance is experienced by the bus. By reducing the drag forcea corresponding amount of fuel saving could be achieved.The mechatronic device design is made by parametric solid modeling softwareSolidWorks. The shape of the mechatronic device and the mechanism design will all bemade in computer environment. The fluid flow analyses will be also made by using anEngineering fluid dynamics software program called Cosmos FloWorks. The mostefficient shape for the mechatronic drag reduction device will be designed by thecomputer software.In the scope of this project a small low-speed wind tunnel will be constructed.Besides the virtual analyses made with computer software, real flow tests will be carriedout by using a 1:50 scale model bus, attached with a model of the mechatronic dragreduction device. In the wind tunnel tests, the relative reduction in drag forces will beinvestigated.